学位論⽂要旨

Extending Interaction using Hand Motor Skills
and Physical Objects on Capacitive Touch Surfaces(静電容量⽅式タッチサーフェス上の実物体と⼿指動作を⽤いたインタラクション拡張)

お茶の⽔⼥⼦⼤学
池松 ⾹
⼈の思索的・創造的⾏為は多くの場合「平⾯」と共にある．⼈は平⾯に⽂字を記す，絵を描くといった⾏為を悠久の昔から⾏ってきた．現代でも，我々は書類への筆記や作図，机の上での⼿芸や⼯作といった作業にはじまり，キャンバスへの描画，会議でのホワイトボードを⽤いた説明，まな板の上での調理，点字の読み取り，チェスやカタンといったボードゲームなど，平⾯に対し⼿指を利⽤し，または平⾯の上で物や道具を⽤いた⾏為を限りなく⽇常的に⾏っている．こうした思索的・創造的⾏為のための平⾯は，コンピュータの⼊出⼒装置としての特性が追加されることで，その利便性が強化されてきた．現在，最も⼀般的な指⽰装置として普及したタッチ⼊⼒機器（タッチサーフェス）もまた，思索・創造的⾏為のための⼈と平⾯の歴史の中に位置付けられうる．
タッチサーフェスは，シングルタッチ，マルチタッチ，実世界におけるメタファを元にしたタッチジェスチャなど，マウスやトラックボールといった指⽰装置と⽐較して，かつてない⾃由な⼊⼒操作を可能にする．しかし，⼈が平⾯に対し⾏ってきた多様な索的・創造的⾏為をふりかえると，タッチサーフェスの⼆次元平⾯におけるインタフェースは，⼈の⾝体能⼒や空間認識能⼒のごく限られた部分を取り⼊れているに過ぎず，未だ改良・開拓の余地が多く残されている．本研究は，実世界で⼈が平⾯に対し⾏ってきた⼿指動作，すなわち平⾯に対する⼈の能⼒を操作に取り⼊れることで，タッチサーフェスにおけるインタラクション拡張のためのインタフェース構築を⾏うことを⽬的とする．
本研究では，⼿指動作をタッチサーフェス操作へ導⼊する⼆つのアプローチについて検討する．第⼀のアプローチは，タッチサーフェス上で実物体のオブジェクトを⽤いる⽅法である．タッチサーフェスと連携可能なオブジェクトを利⽤し，そのオブジェクトに対する動作をセンシングすることで，多様な⼿指動作を導⼊する．第⼆のアプローチは，実世界で⼈が⾏う動作をメタファとして導⼊し，その動作から想起される操作をタッチ⼊⼒として取り⼊れる⽅法である．これにより，操作に対するユーザの理解・認識を，単なる平⾯上の座標の指⽰ではなく，⽇常⽣活に⽤いるような⼿指動作へと変容させる．本論⽂では，上述のアプローチにより実施した五つのインタラクション拡張技法の構築，開発及び評価について述べる．各研究では個別に研究背景及び⽬的について記述し，タッチサーフェスを拡張するインタフェースを構築し，各⽬的に則した評価の実施により有⽤性を検証する．各章の概要を下記に⽰す．
第 1 章では，タッチサーフェス⼊⼒操作における問題の所在について述べ，本研究にて扱う課題を明確にする．次に本研究の⽬的と⼿段についてについて説明する．最後に，本研究にて遂⾏した各インタラクション⼿法構築についての概要を説明し，本論⽂の構成を⽰す．

第 2 章では，タッチサーフェス技術動向について，主にタッチサーフェスを構成するハードウエアの観点から述べる．次いで，現在市販されている製品などで採⽤されている主要なタッチセンシング技術について紹介する．最後に本研究で対象とする静電容量⽅式タッチサーフェスについて詳解する．
第 3 章では，本研究と関連する研究領域として，Tangible User Interface や，実世界指向インタフェース及び⾝体的メディアを初めとした実世界の物体や事象に基づくアプローチについて，代表的な研究事例を引⽤しつつ紹介する．また，上述したアプローチによりタッチサーフェスにおけるインタラクションを拡張する具体的なインタフェースやインタラクション
⼿法について，技術と HCI（Human-Computer Interaction）の両視点からまとめ，本研究の特徴や位置付けについて述べる．
第 4 章では，「なぞる，握る，潰す，曲げる，回す，かざす」といった多様な動作の検出を⽬的とするセンシング拡張⼿法，``Ohmic-Touch''について述べる．Ohmic-Touch は静電容量⽅式のタッチセンシング機構に着⽬し，タッチサーフェス内電極からの「流出電流」をアナログ値的に利⽤し，⼿指動作の検出を⾏う．パッシブな電気抵抗部品を組み込んだ実物体の電気的性質（電気抵抗値）を利⽤し，「なぞる，握る，潰す，曲げる，回す，かざす」といった多様な⼿指動作の検出を試みる．これは，パッシブな機構のみを⽤い，タッチ⼊⼒発⽣有無のみを利⽤した従来の離散的なタッチ⼊⼒を連続的に拡張することで⼿指動作の導⼊を⽬指すものである．
第 5 章では，第 4 章のセンシング拡張⼿法を利⽤し「押す，ずらす」⼿指動作を利⽤したForce-to-Motion ⽅式の⼊⼒機器，``Ohmic-Sticker''について述べる．本⼊⼒機器は，抵抗値変化するパッシブな感圧センサをタッチサーフェスとタッチサーフェス筐体部の間に介在させ，センサ部への押下により⼊⼒操作を⾏うものである．これにより，アナログ的な押下，ジョイスティックのような⼆次元操作，さらには 3D VR 空間における6 DoF（Degrees of Freedom）操作のための機構を検討する．本⼊⼒機器の作成要件を検討し，その要件に基づき実装した⼊⼒機器の性能評価を⾏う．
第 6 章では，携帯型タッチサーフェス内蔵の各種センサを利⽤し「引き寄せる」動作に基づいたインタラクション⼿法，``Copernican-Touch''について述べる．通常，タッチサーフェ
スへタッチ⼊⼒を⾏う際には，指をタッチサーフェスへ近づけ，接触させる．これに対し，
本⼿法では「タッチサーフェス側を動かし，指の⽅向へ引き寄せて接触させる」ことによるタッチ⼊⼒を検討する．この動きを携帯型のタッチサーフェス内蔵の加速度・ジャイロセンサなどを⽤いることで通常のタッチ⼊⼒と区別し，明⽰的な待機時間無くモード切替の実現を⽬指す．
第 7 章では，平⾯から異なる平⾯上へ物体を「持ち上げる，置く」動作に基づいたインタラクションである``Memory Stones''について述べる．本⼿法は，異種・複数タッチサーフェス間におけるデータの移動を，タッチサーフェス上で「持ち上げ」，異なるタッチサーフェス上へと「置く」という⾝体的な動作により⾏う．これにより，識別機能を持つペン型デバイスやセンサを介在させること無く，複数指で物体を持ち上げて別の場所へ置くような直感的な操作によりデータ移動を⾏うことを⽬指す．
第 8 章では，平⾯上で薄く捲れやすいカーボン紙を「押さえて書く」動作に基づいたインタラクション⼿法について述べる．本⼿法は，タッチスクリーンのような⼊⼒⾯座標が画⾯座標に⼀対⼀応する絶対座標系による⼊⼒及び，タッチパッドのような指の移動量をポイン

タの移動量に対応させた相対座標系を基準とした⼊⼒の切替をシームレスに⾏うことを⽬指す．本⼿法では「カーボン紙」を⽤いて転写するメタファを，実世界における道具の使⽤時の観察実験を基に取り⼊れることで操作概念の提⽰を試みる．
第 9 章では，第 4 章から第 8 章の研究についての総合的な議論を⾏う．まず，第⼀のアプローチによるインタラクション⼿法の構築を通じ，静電容量⽅式タッチサーフェス上で利⽤する実物体インタフェースの設計指針を⽰す．次に，実世界の物理法則や事象を単に仮想世界へ持ち込み，適⽤するだけでは，実世界特有の困難や制約も同時に発⽣させてしまうという問題がある．
これについて，第⼆のアプローチによるインタラクション⼿法の構築を通じ，タッチサーフェスにおけるインタフェースの観点から議論し展望を⽰す．これにより，平⾯上での操作を本来の姿へと戻しつつ，利便性の退化を避けることを⽬指す．
第 10 章では，本論⽂で述べた，タッチサーフェスにおける実物体と⼿指動作を⽤いたイ
ンタラクション拡張の展望について総括し結⾔とする．